Исследование, опубликованное 5 февраля 2015 года в журнале Nature Communications, является первым, в котором описывается высокопроизводительная платформа для поиска лекарств для выявления рака яичников, имитирующая структурную организацию и функции тканей человека. Модель реконструирует поверхности сальника и брюшины, мембраны, выстилающие брюшную полость, которые являются наиболее частыми местами метастазирования рака яичников.
«Визуализация того, как раковые клетки взаимодействуют с микросредой опухоли, которая точно отражает сложную биологию рака яичников, должна помочь нам понять механизмы, лежащие в основе метастатического прогрессирования, а также определить новые терапевтические средства, которые могут ингибировать этот процесс», — сказал клинический гинекологический онколог Эрнст Лендьель, доктор медицинских наук. PhD, старший автор исследования и профессор акушерства и гинекологии Чикагского университета.
Это давно назревший шаг вперед в лечении рака яичников. Текущее лечение метастатического рака яичников — это хирургическое вмешательство и химиотерапия, которые имеют низкую пятилетнюю выживаемость. Хотя недавно одобренные методы лечения могут увеличить выживаемость без прогрессирования заболевания на несколько месяцев, «мы думаем, что эта новая система скрининга может раскрыть новые, более эффективные лекарства, которые могут быть нацелены более конкретно на рак пациента», — сказал Ленгиел.
Ежегодно около 21 290 женщин в Соединенных Штатах будет диагностирован рак яичников, и около 14 180 женщин умрут от этого заболевания.
Рак яичников агрессивен и редко выявляется на ранней стадии. Опухоли, которые образуются в яичнике или маточной трубе, обычно проходят через перитонеальную жидкость на поверхности других органов брюшной полости. Метастатические опухоли обычно ограничиваются брюшной полостью и изначально вызывают мало симптомов.
Чтобы собрать свою модель, исследователи собрали доброкачественную ткань сальника у пациентов, перенесших абдоминальную операцию.
В лаборатории они изолировали и культивировали мезотелиальные клетки и фибробласты, два из преобладающих типов клеток, обнаруженных в ткани сальника. Затем они объединили эти клетки с белками внеклеточного матрикса для создания многослойной модели клеточной культуры.
Авторы смогли миниатюризировать свою модель для использования в высокопроизводительном скрининге (HTS), процессе открытия лекарств, который может быстро определять биологическую или биохимическую активность тысяч соединений. Поскольку HTS традиционно выполнялась на нереалистичной платформе — монослоях раковых клеток, культивируемых на пластиковых поверхностях, — многие лекарства, которые казались многообещающими при первоначальных проверках, оказались неэффективными в клинических испытаниях.
Поэтому исследователи разработали новую систему, которая лучше отражает биологию человека и специфична для рака яичников.
Вместо выращивания раковых клеток на пластике они вставили многослойную модель культуры ткани сальника в каждую лунку 384-луночной или 1536-луночной HTS-платформы.
Затем добавляли раковые клетки яичников, экспрессирующие флуоресцентный маркер, чтобы отличить их от других клеток. Затем лунки подвергали воздействию библиотеки низкомолекулярных соединений.
Было подсчитано количество клеток рака яичников, которые прилипли к модели HTS и проникли в нее, и оценен ингибирующий потенциал каждого соединения.
В ходе первичного скрининга исследователи идентифицировали 17 соединений, которые ингибировали адгезию и инвазию раковых клеток как минимум на 75 процентов. Шесть из этих соединений были активны в зависимости от дозы в трех различных клеточных линиях рака яичников. Четыре соединения в низких дозах значительно подавляли ключевые функции клеток рака яичников на ранних стадиях метастазирования.
Исследовательская группа подтвердила эти результаты, протестировав четыре соединения в низкой дозе на мышах, которым вводили раковые клетки яичников. Примечательно, что все четыре соединения ингибировали метастазирование.
Два соединения увеличили выживаемость более чем в два раза. В последующем исследовании одно из соединений — бета-эсцин, выделенное из семян китайского конского каштана — ингибировало рост опухоли и метастазирование на 97 процентов.
«Это исследование было основано на наших первоначальных тестах 2420 соединений», — сказала первый автор Хилари Кенни, доктор философии, научный сотрудник (доцент) в области акушерства и гинекологии Чикагского университета. «Наша модель с тех пор использовалась для тестирования более 68 000 соединений. К концу этого года это может превысить 100 000. Мы учимся определять соединения со схожими структурами и функциями, которые могут быть важны для подавления ключевых этапов метастазирования."
Этот проект появился в результате ориентированного на пациента подхода исследователей и клиницистов.
Это «важный шаг к персонализированной медицине, как это описано в новой инициативе точной медицины, предложенной президентом Обамой», — сказал Кенни. "В будущем органотипические модели, отражающие уникальную биологию отдельных пациентов, можно будет использовать при скрининге. Таким образом, персонализированные платформы для высокопроизводительного скрининга могут позволить идентифицировать эффективные терапевтические препараты для каждого пациента. Именно так и должна работать персонализированная медицина."
Исследование финансировалось Bears Care, благотворительным бенефициаром Чикагского футбольного клуба Bears; Национальные институты здоровья; Национальный институт рака; и Национальный институт неврологических расстройств и инсульта.
Дополнительными авторами были Эрин А. Белый, Чун-И Чианг, Анирбан К. Митра, Илинь Чжан, Марион Кертис, Элизабет М. Шривер и Сэм Беттис из Чикагского университета; и Аджит Джадхав, Мэтью Б. Боксер, Мадху Лал-Наг, Мин Шен, Чжуинь Ли и Марк Феррер из Национального центра развития переводческих наук NIH.